Studiul cinematic al spărgătoarelor hidraulice de stâncă

4.1 Caracteristici cinematice și coeficient caracteristic α

Această secțiune studiază în principal natura geometrică și caracteristicile mișcării pistonului ciocanului hidraulic pentru roci, astfel încât mișcarea pistonului să devină mai rațională și să se desfășoare conform modelului de mișcare pe care îl specificăm, obținându-se astfel rezultatele optime ale mișcării.

Pentru a studia cinematica pistonului ciocanului hidraulic pentru roci, trebuie stabilite clar două condiții:

(1) Viteza pistonului în momentul loviturii cozii burghiului trebuie garantată să atingă viteza maximă specificată v _băr . Cu alte cuvinte, la studierea cinematicii, v _băr este o constantă; indiferent de modelul urmat de piston, viteza acestuia în momentul loviturii cozii burghiului trebuie să fie viteza maximă specificată v _băr . Numai în acest fel ciocanul hidraulic pentru roci poate atinge energia de impact necesară W _H .

(2) Ciclul de mișcare al pistonului T este, de asemenea, o constantă, asigurând astfel frecvența de impact f _H a ciocanului hidraulic pentru roci.

Fig. 4-1 prezintă diagrama vitezei de lucru a pistonului, liniarită. Punctul Băr are coordonate ( v _băr , 0); punctul E are coordonatele (0, T ); punctul N are coordonate (− v _băr , T )). Puncte de legătură Băr și E formează triunghiul △MOE în v –t sistem de coordonate, ale cărui două laturi dreptunghiulare sunt, respectiv, viteza maximă a mișcării pistonului până la punctul de impact și ciclul mișcării pistonului T - Nu. Să iei orice punct P (v _mo , T ₂^′) pe linie Eu sunt. , iar PO și PN sunt conectate, apoi PN intersectează t -axa în K . Punctul K de pe axa timpului împarte ciclul de mișcare al pistonului T în două părți: T ₁și T ₂. Este evident că T ₁ + T ₂ = T , formând două triunghiuri △OPK și △ENK.

Este ușor de demonstrat că ariile acestor două triunghiuri sunt egale, adică △OPK = △ENK, rezultând v _mo T ₂/ 2 = v _băr T ₁/ 2. În mod clar, în v –t diagramă, aria delimitată de △OPK este cursa de revenire a pistonului, iar aria delimitată de △ENK este cursa de lucru a pistonului. Cursa de lucru este egală cu cursa de revenire — acest lucru este dat. Cu alte cuvinte, curba O –P –K reprezintă variația vitezei pistonului pe cursa de revenire; curba K –N –E reprezintă variația vitezei pistonului pe cursa de lucru.

Curbă O –P –K –N –E reprezintă variația vitezei pistonului pe întregul ciclu de mișcare T . Pistonul începe cursa de revenire din punctul de impact O unde a intrat în contact cu coada burghiului, accelerând din v = 0 până în punctul P — comutarea supapei (când viteza pistonului atinge viteza maximă pe cursa de revenire v _mo ) — pistonul începe să frâneze, iar viteza sa scade treptat până la v = 0, atingând punctul mort superior (sfârșitul cursei de revenire). Pistonul începe apoi accelerarea cursei de lucru; când viteza crește până la v = v _băr , acesta lovește exact partea posterioară a sculei (coada ciocanului), iar viteza scade imediat la zero ( v = 0), iar pistonul revine în punctul de pornire al mișcării sale, finalizând un ciclu.

Trebuie subliniat faptul că, atunci când viteza maximă și ciclul pistonului ciocanului hidraulic pentru spart stânci sunt ambele fixate, viteza maximă de revenire a pistonului v _mo trebuie să se afle pe Băr –E dreapta auxiliară, adică în punctul P . Se poate imagina că există o infinitate de puncte P pe dreapta Băr –E , ceea ce înseamnă o infinitate de viteze maxime de revenire v _mo , adică o infinitate de curbe ale mișcării ciclice a pistonului — pistonul are la dispoziție o infinitate de variante de mișcare. Desigur, trebuie să alegem varianta optimă de mișcare. Aceasta este problema de proiectare optimizată care va fi studiată în capitolele ulterioare.

O analiză mai detaliată a modelului de mișcare al pistonului poate fi efectuată prin examinarea Fig. 4-1. Pentru aceasta, din △MOE ∞ △PFE obținem:

v _băr / v _mo = T \/ ( T ₁ + T ₂^″) (4.1)

Din △PFK ∞ △ENK:

v _băr / v _mo = T ₁ / T ₂^″                                                                   (4.2)

Prin urmare:

T \/ ( T ₁ + T ₂^″) = T ₁ / T ₂^″                                                           (4.3)

După rearanjare:

T ₁ / T = v _mo \/ ( v _băr + v _mo ) (4.4)

Din Ec. (4.1) se observă clar: pentru un ciclu fix de mișcare al pistonului T și o viteză maximă dată v _băr , așa-numitele modele diferite de mișcare au curbe diferite de variație a vitezei; caracteristica distinctivă este exprimată prin valori diferite ale vitezei maxime de retragere v _mo și ale duratei cursei de lucru T ₁. Prin urmare, acești doi parametri reflectă proprietatea de a caracteriza caracteristicile de mișcare ale unui anumit spărgător hidraulic de stânci.

Totuși, obiectivul nostru nu se poate limita la un singur ciocan hidraulic specific; trebuie să mergem mai departe și să găsim un indice caracteristic mai abstract, aplicabil tuturor ciocanelor hidraulice. Acest indice caracteristic abstract se aplică tuturor ciocanelor hidraulice (mecanismelor de impact hidraulic) și exprimă caracteristicile lor de mișcare și performanța în funcționare.

În Ec. (4.1), fie:

α = T ₁ / T                                                                                    

Atunci timpul de lucru al cursei este:

T ₁ = αT                                                                                (4.5)

Înlocuind în Ec. (4.4):

α = v _mo \/ ( v _băr + v _mo ) (4.6)

Combinând Fig. 4-1 și Ec. (4.5) și (4.6), se observă ușor că α este un raport și o variabilă — adimensional. Pentru un ciocan hidraulic cu cerințe fixe de performanță, T este constant, determinat de frecvență f _H . Așadar α se modifică neapărat cu modificarea T ₁, în timp ce T ₁se modifică în funcție de poziția punctului P . Cu cât punctul P este mai aproape de punctul Băr , cu atât este mai mare T ₁și cu atât este mai mare α . Invers, cu cât punctul P este mai aproape de punctul E este mai aproape de punctul T ₁, cu atât este mai mic α și cu atât este mai mic v _mo este o variabilă, în timp ce v _băr este o constantă determinată de energia de impact. Astfel, α variază în funcție de v _mo , în timp ce v _mo variază în funcție de poziția punctului P . Cu cât punctul P este mai aproape de punctul Băr , cu atât este mai mare v _mo și cu atât este mai mare α este, și invers.

Prin urmare, se ajunge la următoarea concluzie: pentru valori fixe ale v _băr și T , mărimea lui v _mo poate reprezenta în mod specific caracteristicile cinematice ale pistonului, în timp ce α ca variabilă reprezintă în mod abstract caracteristicile cinematice ale tuturor pistoanelor hidraulice pentru spart stânci. Din acest motiv, definim α ca fiind coeficientul cinematic al breaker-ului hidraulic pentru stânci. Pentru anumite cerințe de optimizare ale unui breaker hidraulic pentru stânci, α trebuie să aibă o valoare optimă corespunzătoare α _u .